本文關(guān)鍵詞：固體火箭沖壓發(fā)動機條件下硼顆粒燃燒過程試驗研究

  更多相關(guān)文章： 補燃室 硼顆粒 燃燒 試驗研究 凝相燃燒產(chǎn)物 Monte Carlo方法 三維溫度場重建 團聚硼顆粒

【摘要】：單質(zhì)硼顆粒具有很高的質(zhì)量熱值和體積熱值,被認為是富燃料推進劑的首選固體填料。研究固沖發(fā)動機條件下的硼顆粒著火燃燒過程,揭示其控制機制,對探索提高固沖發(fā)動機性能的途徑具有重要的指導(dǎo)意義。在固沖發(fā)動機燃氣發(fā)生器中,由于缺氧和低溫,大量硼顆粒不能著火燃燒,這些硼顆粒隨富燃燃氣在補燃室中與空氣完成摻混和二次燃燒。在補燃室中,硼顆粒往往處于對流作用下,硼顆粒著火燃燒過程與相對靜止氣氛中有很大不同。本文通過創(chuàng)新試驗手段和燃燒流場診斷方法,開展一系列固沖發(fā)動機條件下的硼顆粒著火燃燒試驗,研究了固沖發(fā)動機中硼顆粒燃燒控制機制,為探索提高硼顆粒燃燒效率、改善固沖發(fā)動機性能的途徑打下了基礎(chǔ)。設(shè)計了一套固沖發(fā)動機條件下的硼顆粒燃燒試驗系統(tǒng),以試驗的方式模擬含硼富燃料推進劑固沖發(fā)動機燃氣發(fā)生器和補燃室的工作過程,為硼燃燒試驗研究提供接近真實固沖發(fā)動機的流場條件。通過試驗,對所設(shè)計試驗系統(tǒng)的流場特性進行了研究,獲得了燃氣發(fā)生器燃料/氧化劑配比和補燃室空氣流量分別對補燃室頭部、摻混段和燃燒段的溫度、總壓、靜壓以及馬赫數(shù)的影響規(guī)律。建立了BO2特征光譜輻射信號采集系統(tǒng),通過采集硼顆粒燃燒過程產(chǎn)生的BO2特征光譜輻射信號,對硼顆粒燃燒過程進行診斷。結(jié)合補燃室流場參數(shù)測量方法,對固沖發(fā)動機條件下硼顆粒的燃燒過程進行了試驗研究。結(jié)果表明,在補燃室余氧系數(shù)不變的條件下,隨著燃氣發(fā)生器余氧系數(shù)增大,補燃室硼顆粒燃燒劇烈程度增強,但是當(dāng)燃氣發(fā)生器余氧系數(shù)達到使乙醇處于富氧條件后,補燃室硼顆粒燃燒劇烈程度減弱;在燃氣發(fā)生器工作條件不變時,隨著補燃室余氧系數(shù)的增大,補燃室硼顆粒燃燒劇烈程度單調(diào)增強。針對補燃室流場高溫、高壓和氣固兩相流的特點,設(shè)計一套硼顆粒凝相燃燒產(chǎn)物取樣系統(tǒng)。開展了不同燃氣發(fā)生器燃料/氧化劑配比和補燃室空氣流量下的硼顆粒凝相燃燒產(chǎn)物取樣分析試驗研究。在對硼顆粒凝相燃燒產(chǎn)物進行X射線衍射、能譜等物理檢測的基礎(chǔ)上,提出了硼顆粒凝相燃燒產(chǎn)物的物相成分含量定量計算方法,獲得了各試驗條件下試驗系統(tǒng)不同軸向位置的硼顆粒凝相燃燒產(chǎn)物的物相成分含量。定義了基于凝相燃燒產(chǎn)物物相成分含量變化的硼顆粒燃燒效率以及分段燃燒效率評價方法,得到了燃氣發(fā)生器、補燃室頭部、摻混段、燃燒段和補燃室噴管的硼顆粒燃燒效率以及分段燃燒效率隨燃氣發(fā)生器燃料/氧化劑配比和補燃室空氣進氣的變化規(guī)律�；贛onte Carlo方法建立了補燃室火焰的輻射傳遞過程分析模型,在此基礎(chǔ)上提出了補燃室火焰三維溫度重建方法。通過數(shù)值模擬,對立方體和補燃室火焰的三維溫度場進行重建,分析了探測器位置、單個網(wǎng)格發(fā)射的射線數(shù)量等因素對重建誤差的影響。通過試驗,采集了不同工況下的補燃室火焰圖像,對三維溫度場進行了重建,獲得了補燃室火焰的三維溫度分布特點。對固沖發(fā)動機條件下的團聚硼顆粒著火燃燒過程進行了探索性試驗研究。利用硼顆粒燃燒過程產(chǎn)生的BO2特征光譜和CCD成像原理提出了一種基于高速火焰圖像的團聚硼顆粒著火燃燒過程和火焰結(jié)構(gòu)診斷方法,結(jié)合流場參數(shù)測量結(jié)果對固沖發(fā)動機條件下團聚硼顆粒的著火燃燒特性進行了研究。結(jié)果表明,補燃室流場的高溫和高氧氣濃度都可以促進團聚硼顆粒著火燃燒,當(dāng)溫度較高而氧氣濃度較低時,團聚硼顆粒不著火燃燒;提高氧氣濃度后,團聚硼顆粒著火燃燒;當(dāng)氣流溫度較低時,增大氧氣濃度團聚硼顆粒也能著火燃燒;試驗前后團聚硼顆粒的尺寸變化不大,由燃燒殘渣分析結(jié)果可以判斷,燃氣進入了團聚硼顆粒內(nèi)部與硼顆粒發(fā)生反應(yīng)。
【關(guān)鍵詞】：補燃室 硼顆粒 燃燒 試驗研究 凝相燃燒產(chǎn)物 Monte Carlo方法 三維溫度場重建 團聚硼顆粒
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V435
【目錄】：

• 摘要13-15
• Abstract15-18
• 第1章 緒論18-36
• 1.1 研究工作背景和意義18-19
• 1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究綜述19-33
• 1.2.1 硼顆粒燃燒試驗研究19-23
• 1.2.2 含硼富燃料推進劑發(fā)動機試驗研究23-25
• 1.2.3 燃燒室燃燒流動過程觀測方法研究25-27
• 1.2.4 燃燒產(chǎn)物取樣分析方法研究27-31
• 1.2.5 燃燒流場溫度測量方法研究31-33
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容33-36
• 第2章 固沖發(fā)動機條件下硼顆粒燃燒試驗方法研究36-60
• 2.1 引言36-37
• 2.2 固沖發(fā)動機條件下硼顆粒燃燒試驗系統(tǒng)設(shè)計37-47
• 2.2.1 燃氣發(fā)生器工作過程及試驗?zāi)M方法37-40
• 2.2.2 補燃室工作過程及試驗?zāi)M方法40
• 2.2.3 硼顆粒注入方法40-43
• 2.2.4 補燃室流場參數(shù)測量方法43-47
• 2.3 硼顆粒燃燒系統(tǒng)的流場特性試驗研究47-50
• 2.3.1 流場參數(shù)測點分布47-48
• 2.3.2 試驗工況48-49
• 2.3.3 試驗時序49-50
• 2.4 試驗結(jié)果及分析50-58
• 2.4.1 燃氣發(fā)生器余氧系數(shù)對補燃室流場的影響規(guī)律分析50-55
• 2.4.2 補燃室余氧系數(shù)對補燃室流場的影響規(guī)律分析55-58
• 2.5 小結(jié)58-60
• 第3章 基于BO_2特征光譜診斷的硼顆粒燃燒試驗研究60-82
• 3.1 引言60-61
• 3.2 BO_2特征光譜輻射信號測量方法61-64
• 3.2.1 補燃室介質(zhì)的輻射特性分析61-62
• 3.2.2 BO_2特征光譜輻射信號采集系統(tǒng)設(shè)計62-64
• 3.3 試驗過程64-66
• 3.3.1 試驗系統(tǒng)64
• 3.3.2 試驗工況64-65
• 3.3.3 試驗時序65-66
• 3.4 試驗結(jié)果及分析66-80
• 3.4.1 燃氣發(fā)生器燃料/氧化劑配比對硼顆粒燃燒過程的影響規(guī)律分析66-73
• 3.4.2 補燃室空氣進氣對硼顆粒燃燒過程的影響規(guī)律分析73-80
• 3.5 小結(jié)80-82
• 第4章 硼顆粒凝相燃燒產(chǎn)物取樣分析試驗研究82-112
• 4.1 引言82-83
• 4.2 固沖發(fā)動機條件下硼顆粒燃燒凝相產(chǎn)物取樣方法研究83-87
• 4.2.1 固沖發(fā)動機條件下硼顆粒凝相燃燒產(chǎn)物取樣系統(tǒng)設(shè)計83-84
• 4.2.2 取樣桿傳熱特性分析84-87
• 4.3 硼顆粒凝相燃燒產(chǎn)物取樣試驗87-89
• 4.3.1 取樣點分布87-88
• 4.3.2 試驗工況88-89
• 4.3.3 試驗時序89
• 4.4 試驗結(jié)果及分析89-109
• 4.4.1 硼顆粒凝相燃燒產(chǎn)物的形貌分析90-93
• 4.4.2 硼顆粒凝相燃燒產(chǎn)物的成分分析93-100
• 4.4.3 硼顆粒燃燒效率分析方法100-101
• 4.4.4 硼顆粒燃燒效率隨軸向位置的變化規(guī)律分析101-102
• 4.4.5 燃氣發(fā)生器燃料/氧化劑配比對硼顆粒燃燒效率的影響規(guī)律分析102-105
• 4.4.6 補燃室空氣進氣對硼顆粒燃燒效率的影響規(guī)律分析105-109
• 4.5 小結(jié)109-112
• 第5章 補燃室火焰溫度場重建方法及試驗研究112-140
• 5.1 引言112-113
• 5.2 補燃室火焰溫度重建方法研究113-127
• 5.2.1 補燃室火焰凝相顆粒的散射與吸收特性分析113
• 5.2.2 補燃室介質(zhì)輻射傳遞過程的Monte Carlo模擬113-119
• 5.2.3 補燃室火焰輻射成像原理119-121
• 5.2.4 補燃室火焰三維溫度場重建方法121
• 5.2.5 輻射成像與三維溫度場重建數(shù)值模擬121-127
• 5.3 補燃室火焰三維溫度場重建試驗研究127-139
• 5.3.1 實驗系統(tǒng)127-128
• 5.3.2 試驗過程128-134
• 5.3.3 結(jié)果與分析134-139
• 5.4 小結(jié)139-140
• 第6章 固沖發(fā)動機條件下團聚硼顆粒燃燒過程試驗研究140-154
• 6.1 引言140-141
• 6.2 試驗過程141-144
• 6.2.1 團聚硼顆粒141
• 6.2.2 試驗系統(tǒng)141-142
• 6.2.3 團聚硼顆�；鹧娼Y(jié)構(gòu)辨識方法142-143
• 6.2.4 試驗工況143-144
• 6.2.5 試驗時序144
• 6.3 試驗結(jié)果及分析144-153
• 6.3.1 流場參數(shù)測量結(jié)果分析144-145
• 6.3.2 BO_2特征光譜輻射信號測量結(jié)果分析145-146
• 6.3.3 團聚硼顆�；鹧娼Y(jié)構(gòu)變化規(guī)律分析146-150
• 6.3.4 燃燒殘渣分析150-153
• 6.4 小結(jié)153-154
• 第7章 結(jié)束語154-160
• 7.1 結(jié)論154-157
• 7.2 對未來工作的展望157-160
• 致謝160-162
• 參考文獻162-175
• 作者在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果175

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本文編號：929285